182] i) M1= f !cos β ^1Sin a j= f ^1= fr
[0183] ii) ··. M2= f 2cos β 2r2sin a 2= f 2r2cos β 2sin a 2< < fr
[0184] iii) /. M1= fr > > frcos β 2sin a 2 = M 2
[0185] iv) Λ Mi>> M2
[0186] 故本发明中气缸组合引擎扭矩输出损失小；同理本发明中弹簧蓄-释装置（和/ 或压缩空气蓄-释装置）的推杆及其上齿轮（和/或气动推杆及其上齿轮）的扭矩输出损 失亦较小。
[0187] 9)弹簧弹力混合动力
[0188] 周知，弹簧蓄能器是一种经典蓄能器，小到用在精细的手表里，大到用于蓄存和释 放数吨、上十吨力。本发明中的弹簧弹力蓄-释装置，平时可用以压缩空气为动力的气动扭 矩扳手（气动扭矩扳手扭矩最大可达300, 000N. m)为其"充值"加力，另一方面在极端困难、 特殊的情况下（甚至在战争状况）可以借助车内设置的或携带的扭矩倍增器以手摇旋拧弹 簧加力机关完成压缩和拉伸相关弹簧，使车获得一定动力驶离困境；
[0189] 当然，弹簧弹力蓄-释装置主要用于汽车制动能量回收再生。
[0190] 10)胜任制动能量回收再生
[0191] 汽车所需蓄-释的能量即其减速、制动时失去的动能（Ww )的多少与汽车整备质 量（m)和速度变化范围（V2-V1)有关（WiD为速度从V1加速的￥ 2所需能量）。
[0192]
[0193] 以长安汽车"悦动"为例，其整备质量985~1120kg，再附加一定载荷以1200kg(m =1200kg)计，其从30km/h减速制动到速度为零和从速度为零启动加速到30km/h其动能 的变化即所需蓄-释的能量约41666J(其从50km/h减速到40km/h，或从40km/h加速到 50km/h所需蓄-释能量亦约41666J)，如果仅以所述压缩空气蓄-释装置弹簧气缸83内压 缩空气对蓄-释能量的贡献W(弹簧气缸83内螺旋弹簧82的叠加贡献以及所述弹簧弹力 蓄一释装置的贡献暂不计算在内）作近似计算，
[0194]
[0195] (其中1为压缩空气在圆筒形弹簧气缸腔内的初始长度，P为压缩空气在弹簧气缸 腔内的初始压力，X为压缩空气在圆筒形弹簧气缸腔内被进一步压缩后的长度，s为气动活 塞面积）
[0196] 所述压缩空气蓄一释装置可以胜任蓄一释能量41666J的多种选择之一为气缸长 I = 50cm (加上活动室长50cm装置全长约Im)，弹簧气缸腔半径5cm (弹簧气缸腔内初始压 力p = IOMpa)或弹簧气缸腔半径7cm (弹簧气缸腔内初始压力p = 5Mpa)。
[0197] 上述参数仅用于对各种车型、速度变化范围作相关气缸尺寸及气缸个数优选时参 考。这里补充说明的是如果把汽车轻量化的趋势考虑进去，而且本发明上述结构的压缩空 气混动汽车中免去了内燃机、电动-发动机及其蓄电池等进一步轻装后，上述例子中这根 "拳头粗细半米长气缸"可以胜任更大的速度变化范围。
[0198] 本发明中制动能量回收再生装置包括一个或多个所述弹簧蓄-释装置以及一个 或多个所述压缩空气蓄-释装置，它们的参数设计可与汽车所需蓄一释的能量相适应。本 发明中制动能量回收再生装置将压缩空气驱动行驶的汽车在减速、制动时损失的动能有效 回收再用于汽车起动、加速，对于节省作为汽车行驶动力的所述蓄气管1内压缩空气的消 耗，在交通较为拥堵、交通红绿灯设置较多的城区行车意义尤著，周知在这样的城区汽车反 复汽车起动、加速的耗能往往占到其总能耗的40-60%。
[0199] 本实施例与必要的传统技术配合应用。
[0200] 本实施例记载了一种经济利用压缩空气为汽车动力源的系统的方法，包括以下步 骤：
[0201] 步骤一：在所述热源式压缩空气产供母站，利用夜间低谷电能或风电、太阳能等不 易储藏的电源，通过高压/超高压空压机98向一部或多部所述大型和/或中型锅炉式高压 压缩空气产储装置加压充气，控制系统调节空压机98向曲管型高压压缩空气库95加压充 气的排放量、速率与水箱94中冷却水109流量、流速相适应，使所述曲管型高压压缩空气库 95内大量气体被压缩过程中大量热能有序产生并及时被冷却水109带走，所述曲管型高压 压缩空气库95内气体被压缩到到预定高压存储备用，冷却水109被加热成为预定温度的热 水110流进地下直埋保温管99汇入集中供热系统；其中完成加压充气的中型锅炉式高压压 缩空气产储装置可被运往压缩空气加气加力子站；而小型锅炉式高压压缩空气产储装置亦 可利用夜间低谷电能以私家空压机为其加压充气备用，以私家自来水用作冷却水并同时提 供热水家用；
[0202] 步骤二：在热源式压缩空气产供母站，压缩空气加气加力子站和私家锅炉式压缩 空气加气加力点，分别以大、中、小型锅炉式高压压缩空气产储装置向车载蓄气管1加压充 气；根据车载储气管1容积和原有气压，控制系统适时调控高压压缩空气从所述曲管型高 压压缩空气库95排入车载蓄气管1的排量和流速，使储气管1内气温在加压充气过程不发 生大的变化；同时可利用上述压缩空气为动力以气动扭矩扳手旋拧所述弹簧加力机关63 为车载所述弹簧蓄-释装置积蓄弹力势能以备用，以及必要时为车载所述压缩空气蓄- 释装置的弹簧气缸83补充压缩空气维持其内初始气压及其蓄-释功能；
[0203] 步骤三：汽车启动、加速时，计算机控制系统分析汽车加速踏板传感器的信息，所 述弹簧蓄-释装置和/或压缩空气蓄-释装置的释能驱动传动机构启动：所述控制器解 除阻挡机关对推杆57和/或气动推杆79向释能方向平动的阻挡，推杆57向拉伸弹簧59 - 侧平动和/或气动推杆79向弹簧气缸外平动88,带动推杆上齿轮69和/或气动推杆上齿 轮89转动，通过处于接通状态的第三离合传动装置69a和/或第四离合传动装置89a，传递 扭矩给与内齿圈2内啮合的第一加速齿轮72和/或第二加速齿轮92,带动内齿圈2转动； 所述压缩空气动力装置同时工作，各活塞杆上齿轮33分别通过离合传动装置43向相应的 与内齿圈2内啮合的做功齿轮45传递扭矩，也为内齿圈2转动加力；内齿圈2加速转动并 通过飞轮前内啮合齿轮48把扭矩经飞轮47、离合器49、变速器50、超越离合器51、扭矩限 制器52、传动轴53、差速器54、半轴55传递到驱动轮56,驱动汽车启动、加速；
[0204] 步骤四：汽车行驶中，在控制器的控制下，每部气缸组合引擎第一气缸9做功行程 26与第二气缸10复位行程27同步，第一气缸9复位行程27与第二气缸10做功行程26同 步，交替进行，完成以下步骤：
[0205] S11、第一气缸9做功行程26前一瞬间，第一气缸9活塞12触抵在第一气缸封闭 端空间16外侧阻挡构件25旁，蓄气管进/排气阀6和第一气缸进气阀17开启，第一气缸 排气阀18处于关闭状态，从蓄气管1注入第一气缸封闭端空间16的高压压缩空气被蓄气 管排气管道7上和第一气缸封闭端空间16周围的电加热器22加热而压力倍增；而此时第 二气缸进气阀19和第二气缸排气阀20均处于关闭状态，第二气缸10活塞杆13端部止动 末端29正触抵在缓冲减震装置30 ;
[0206] S12、蓄气管进/排气阀6和第一气缸进气阀17随即闭合，第一气缸排气阀18继 续处于关闭状态，已注入第一气缸封闭端空间16的高压压缩空气推动第一气缸9活塞12 和活塞杆13向该活塞12外方运动，该活塞12外方为大气压，活塞内、外压力差大，有力推 动第一气缸9做功行程26,第一气缸9活塞杆13向外平动带动第一气缸活塞杆上齿轮33a 做功旋转38并通过这时处于接通状态的第一离和传动装置甲43a将扭矩传递给第一做功 齿轮45a，使第一做功齿轮45a转动并带动内齿圈2转动，这时第二离和传动装置甲44a处 于断开状态故第一气缸活塞杆下齿轮34a处于下齿轮空转39 ;
[0207] 这时，在随内齿圈2转动的第二复位齿轮46b通过此时处于接通状态的第二离和 传动装置乙44b带动第二气缸活塞杆下齿轮34b复位旋转40推动第二气缸10活塞杆13 复位行程27,因为这时第二气缸进气阀19关闭而第二气缸排气阀20开启直通大气21，第 二气缸10复位行程27阻力很小，而第一离和传动装置乙43b处于断开状态故第二气缸活 塞杆上齿轮33b处于上齿轮空转41 ;
[0208] 在此过程中第一做功齿轮45a转动对内齿圈2传递的扭矩远大于第二复位齿轮 46b转动所消耗的内齿圈2转动的扭矩，使内齿圈2由此获得的扭矩可以高比例地通过飞轮 前内啮合齿轮48向飞轮47方向输出；
[0209] S13、第一气缸9做功行程26结束、复位行程27即将开始前一瞬间，第一气缸9活 塞杆13端部止动末端29触抵缓冲减震装置30 ;同时，第二气缸10复位行程27结束、做功 行程26即将开始前一瞬间，第二气缸10活塞12位于第二气缸封闭端空间24外旁；这时 第一离和传动装置甲43a、第一离和传动装置乙43b、第二离和传动装置甲44a和第二离和 传动装置乙44b都处于断开状态，第一气缸进气阀17继续关闭，第二气缸排气阀20随即关 闭，而且第一气缸排气阀18和第二气缸进气阀19随即开启并相通，使第一气缸9中还保留 有一定压力的压缩空气迅即经开启的第一气缸排气阀18和第二气缸进气阀19扩散到第二 气缸封闭端空间24 ;
[0210] S14、随即第二离和传动装置甲44a和第一离和传动装置乙43b接通；
[0211] 这时第一气缸进气阀17继续关闭，而第一气缸排气阀18和第二气缸进气阀19继 续开启并相通，在随内齿圈2转动的第一复位齿轮46a通过此时处于接通状态的第二离和 传动装置甲44a带动第一气缸活塞杆下齿轮34a复位旋转40推动第一气缸9活塞杆13复 位行程27,而这时第一离和传动装置甲43a处于断开状态故第一气缸活塞杆上齿轮33a处 于上齿轮空转41 ;
[0212] 与此同时，第二气缸排气阀20继续关闭，但第二气缸进气阀19与第一气缸排气阀 18继续开启并相通，第二气缸封闭端空间24内压缩空气的压力大于第二气缸10活塞12外 侧的大气压而推动第二气缸10活塞12和活塞杆13向外平动，开始第二气缸10做功行程 26,第二气缸10活塞杆13向外平动带动第二气缸活塞杆上齿轮33b做功旋转38并通过这 时处于接通状态的第一离和传动装置乙43b将扭矩传递给第二做功齿轮45b，使第二做功 齿轮45b转动并带动内齿圈2转动，而这时第二离和传动装置乙44b处于断开状态故第二 气缸活塞杆下齿轮34b处于下齿轮空转39 ;
[0213] 这时第二气缸封闭端空间24与第一气缸9气缸腔相通，而且因为第二气缸10 气缸腔半径r2大于第一气缸9气缸腔半径r i (r2> r ^，且如上文所述r2设计为r ^勺
倍 ，第二气缸10活塞面积显著大于第一气缸9活塞面积，第二气缸10做功 行程26的推力显著大于第一气缸10复位行程27的阻力，在此过程中第二气缸10做功行 程26所导致的第二做功齿轮45b转动对内齿圈2传递的扭矩显著大于带动第一气缸9复 位行程27的第一复位齿轮46a转动所消耗的内齿圈2转动的扭矩，使内齿圈2由此可以将 一定量的扭矩通过飞轮前内啮合齿轮48向飞轮47方向输出；且在第一气缸9复位行程27 和第二气缸10做功行程26同时结束时第一气缸封闭端空间16内和第二气缸10气缸腔内 的气体压力均已下降到接近大气压，至此在步骤S12从所述蓄气管1注入第一气缸封闭端 空间16的高压压缩空气所具有的气体压力势能经过所述气缸组合引擎一个工作周期已被 充分用尽，这时第一气缸9活塞12触抵在第一气缸封闭端空间16外侧阻挡构件25旁而第 二气缸10活塞杆13端部止动末端29触抵在缓冲减震装置30 ;
[0214] 重复步骤Sll ;
[0215] 同时，所述压缩空气动力装置多部气缸组合引擎之间也相互协调，和内齿圈总成 配合，有序地、周期性地、不间断地稳定工作，车辆平稳行驶；
[0216] 步骤五：汽车减速、制动时，计算机控制系统分析汽车制动踏板传感器的信息，所 述弹簧蓄-释装置和/或压缩空气蓄-释装置的制动蓄能传动机构工作：驱动轮56扭矩 通过半轴55、差速器54、传动轴53、扭矩限制器52,全部经接通的第八离合传动装置73a、 齿形链73、齿形链链轮74传递给制动轴75,进而通过制动变速器76控制制动主动轮77转 动，并通过接通的苐五离合传动装置78和/或第六离合传动装置91向推杆下齿轮70和/ 或气动推杆下齿轮90传递扭矩，导致推杆57向压缩弹簧58 -侧和/或气动推杆79向弹簧 气缸内平动85,从而将汽车减速、制动时减少的动能转化为弹簧的弹力势能蓄存在被压缩 的所述圆柱螺旋压缩弹簧58和被拉伸的所述圆柱螺旋拉伸弹簧59中和/或转化为气体压 力势能和弹簧的弹力势能蓄存在所述弹簧气缸83中（以备汽车启动、加速时释放、利用）， 汽车减速、制动。
[0217] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种经济利用压缩空气为汽车动力源的系统，其特征在于，包括压缩空气动力装置、 压缩空气产储供气机构、制动能量回收再生装置、内齿圈总成、离合传动装置以及控制器； 所述压缩空气动力装置包括一个或多个蓄气管（1)和一部或多部气缸组合引擎，用于 以压缩空气产生驱动汽车行驶的动力；所述压缩空气产储供气机构包括锅炉式高压压缩 空气产储装置（4)和空气压缩机（98)，所述空气压缩机（98)的工作压力接近、等于或超 过lOOMpa，所述锅炉式高压压缩空气产储装置（4)由水箱（94)和曲管型高压压缩空气库 (95)构成；所述曲管型高压压缩空气库（95)设置在所述水箱（94)的内部，一端与所述空 气压缩机（98)连接，另一端通加气设备可与所述蓄气管（1)连接，所述水箱（94)与集中供 暖系统连接，所述压缩空气产储供气机构主要用夜间低谷及不易蓄存电能产储高压压缩空 气同时将伴发热量用于集中供暖，并为所述蓄气管（1)加压充气；所述制动能量回收再生 装置包括弹簧蓄-释装置和/或压缩空气蓄_释装置，及其制动蓄能传动机构和释能驱 动传动机构，用以将压缩空气驱动行驶的汽车减速、制动时损失的动能回收再用于汽车起 动、加速，以节省作为汽车行驶动力的所述蓄气管（1)内压缩空气的消耗；所述内齿圈总成 包括一个内齿圈（2)和与所述内齿圈（2)定轴内啮合的第一加速齿轮（72)及第二加速齿 轮（92)、一个飞轮前内啮合齿轮（48)、多个做功齿轮（45)和多个复位齿轮（46)，多个所述 做功齿轮（45)分别通过离合传动装置与所述气缸组合引擎传动连接，所述第一加速齿轮 (72)通过离合传动装置与所述弹簧蓄-释装置传动连接，所述第二加速齿轮（92)通过离 合传动装置与所述压缩空气蓄-释装置传动连接，所述飞轮前内啮合齿轮（48)被所述内 齿圈（2)旋转带动而旋转并与飞轮（47)传动连接用于将所述内齿圈（2)旋转的扭矩向飞 轮（47)方向输出，多个所述复位齿轮（46)被所述内齿圈（2)旋转带动而旋转并可分别通 过离合传动装置向所述气缸组合引擎传回扭矩；所述离合传动装置与所述控制器连接； 其中，所述蓄气管（1)为一种长管状高压压缩空气蓄存装置，其圆筒形蓄气管管壁 (la)由耐高压材质构成，其管径小于传统技术车载压缩空气储气罐的内径，在相同材质情 况下其可管存较高压力的压缩空气；所述蓄气管（1) 一端封闭，另一端设有受所述控制器 控制的蓄气管进/排气阀（6)，所述蓄气管进/排气阀（6)通过蓄气管充气阀（5)可与所 述曲管型高压压缩空气库（95)连接以向所述蓄气管（1)充入高压压缩空气，所述蓄气管进 /排气阀（6)连接有通向所述气缸组合引擎的蓄气管排气管道（7)以向所述气缸组合引擎 排气；所述蓄气管（1)弯曲盘旋靠拢在一起，或随车架、底盘走势自然伸展，所述蓄气管（1) 外设有保护外壳（8);其中一个所述蓄气管（1)可向一部或多部气缸组合引擎供气，一部气 缸组合引擎可从一个或多个所述蓄气管（1)受气； 其中，每部所述气缸组合引擎均包括第一气缸（9)和第二气缸（10);所述第一气缸（9) 和所述第二气缸（10)均包括气缸腔（11)、活塞（12)、活塞杆（13)以及长筒型滑筒（31); 所述气缸腔（11)的一端开口为开口端（14)而另一端封闭为封闭端（15)，每个气缸腔（11) 靠近其封闭端（15)的一段空间称为封闭端空间，其中，第一气缸（9)的封闭端空间称为第 一气缸封闭端空间（16)、第二气缸（10)的封闭端空间称为第二气缸封闭端空间（24);所 述活塞（12)滑动设置于所述开口端（14)至所述封闭端空间外侧阻挡构件（25);所述滑 筒（31)的一端与所述开口端（14)对接固定，另一端设有缓冲减震装置（30)并留有通气孔 (28)与大气相通；所述活塞杆（13)的一端与所述活塞（12)的外侧连接，另一端探出于所 述开口端（14)之外，并容置于所述滑筒（31)之中，且可在所述滑筒（31)中平动运动；所述 活塞杆（13)相对的两个侧面上设有齿条和分别与两个所述齿条啮合的活塞杆上齿轮（33) 和活塞杆下齿轮（34)，其中，第一气缸（9)的活塞杆上齿轮（33)称为第一气缸活塞杆上齿 轮（33a)，第二气缸（10)的活塞杆上齿轮（33)称为第二气缸活塞杆上齿轮（33b)，第一气 缸（9)的活塞杆下齿轮（34)称为第一气缸活塞杆下齿轮（34a)，第二气缸（10)的活塞杆下 齿轮（34)称为第二气缸活塞杆下齿轮（34b);所述活塞杆上齿轮（33)通过离合传动装置 与所述做功齿轮（45)传动连接；所述活塞杆下齿轮（34)通过离合传动装置与所述复位齿 轮（46)传动连接； 其中，第一气缸（9)和第二气缸（10)的气缸腔（11)的长度相同，而且第一气缸封闭端 空间（16)和第二气缸封闭端空间（24)的长度也相同； 所述第一气缸封闭端空间（16)设有受所述控制器控制的第一气缸进气阀（17)和第一 气缸排气阀（18)，所述第二气缸封闭端空间（24)设有受所述控制器控制的第二气缸进气 阀（19)和第二气缸排气阀（20);所述第一气缸进气阀（17)经所述蓄气管排气管道（7)与 所述蓄气管进/排气阀（6)连通，在所述蓄气管排气管道（7)和第一气缸封闭端空间（16) 的周围设有电加热器（22)及保温绝热层（23)，第二气缸进气阀（19)与第一气缸排气阀 (18)相通，第二气缸排气阀（20)通向大气（21); 所述第一气缸（9)的气缸腔（11)的内径小于第二气缸（10)的气缸腔（11)的内径，并 且两者之间符合下式关系：式中A为第一气缸（9)的气缸腔（11)的半径，r2为第二气缸（10)的气缸腔（11)的 半径，n为从蓄气管（1)注入第一气缸封闭端空间（16)内的压缩空气的压力（巴），m为电 加热器（22)加热后进入第一气缸封闭端空间（16)内压缩空气绝对温度升高的倍数即气体 膨胀的倍数，u为气缸腔（11)长度相对于其封闭端空间长度的倍数。2. 根据权利要求1所述的经济利用压缩空气为汽车动力源的系统，其特征在于，所述 水箱（94)为一容水的容器，其进水口（96)与待加热水源（112)相通，其出水口（97)与集 中供热系统地下直埋保温管（99)相通；所述曲管型高压压缩空气库（95)为一弯曲盘绕充 斥于水箱（94)之中的管状结构，管壁（111)由耐高压材质构成，管径小于传统技术相同容 量压缩空气储气装置的内径，故在相同材质情况下其有利于管存较高压力的压缩空气且有 利于与管外冷却水（109)进行热交换；所述曲管型高压压缩空气库（95)的进气管口（100) 用于接受从所述空气压缩机（98)排气阀加压充入的高压压缩空气，出气管口（101)与加气 机相通，用于向所述蓄气管（1)加压充气。3. 根据权利要求1所述的经济利用压缩空气为汽车动力源的系统，其特征在于，所述 锅炉式高压压缩空气产储装置（4)根据体积大小可分为大、中、小三型；所述锅炉式高压 压缩空气产储装置（4)即指大型的锅炉式高压压缩空气产储装置（4)，设置在热源式压缩 空气产供母站；中型的锅炉式高压压缩空气产储装置（4)与地面设施活动连接，可被吊装 在汽车拖车上运输，往返于所述热源式压缩空气产供母站在那里所述空气压缩机（98)为 其加压充气，和压缩空气加气加力子站在这里将其所储高压压缩空气输给汽车车载蓄气管 (1);小型锅炉式高压压缩空气产储装置（4)系利用私家空压机在夜间用电低谷时为其内 曲管型高压压缩空气库（95)充气加压，并以私家自来水用作冷却水（109)在其水箱（94) 内被加热并汇入私家家用热水（110)管路和/或私家暖气管路，其内曲管型高压压缩空气 库（95)中气压高于车载蓄气管（1)中额定气压且其容量大于车载蓄气管（1)中一个蓄气 管⑴的容量。4. 根据权利要求1所述的经济利用压缩空气为汽车动力源的系统，其特征在于，所述 弹簧蓄-释装置包括推杆（57)、圆柱螺旋压缩弹簧（58)、圆柱螺旋拉伸弹簧（59)、第一链 轮（60)、第二链轮（61)、链条（62)以及弹簧加力机关（63);所述压缩弹簧（58)和拉伸弹 簧（59)分别固连在所述推杆（57)的两端；所述推